CN101509971B - 一种相控阵多普勒计程仪测试的声对接装置 - Google Patents
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Abstract
一种相控阵多普勒计程仪测试的声对接装置，包括用于固定相控阵多普勒计程仪(6)的固定基座、发射换能器(5)和接收换能器(4)，其特征在于，在固定基座上与相控阵多普勒计程仪的每组并联换能器中至少一个换能器对应位置处安装有发射换能器(5)，在固定基座上与相控阵多普勒计程仪的任一换能器阵元对应位置处安装有一个接收换能器(4)，上述发射换能器和接收换能器分别与对应的相控阵多普勒计程仪换能器工作面对接，对接处夹有匹配材料，本装置适用于相控阵多普勒计程仪的陆上精度测试，它简化了相控阵多普勒计程仪精度测试的过程，降低了测试成本，缩短了测试时间。
Description
技术领域
本发明涉及声纳的测试技术，特别是涉及一种相控阵多普勒计程仪测试的声对接装置。
背景技术
根据多普勒频移原理，只要声源(或接收器)与散射体之间有相对运动，检测海底回波的频移可求得载体的对地速度。相控阵多普勒计程仪通常为四波束正交配置(JANUS配制)，每个波束和水平面夹角为60°，相邻两波束水平投影的夹角为90°，在作用深度范围内，每个波束都能测得地速分量，四波束可测四个对地分速度，通过矢量合成便可求得速度矢量，同时测量载体相对海底的深度。
随着声学测速技术的发展，相控阵多普勒计程仪出现了新的发展，尤其是宽带相控阵多普勒计程仪的出现，它利用相位编码信号进行测速，测量精度不断提高，但其信号复杂性加大。同时，相控阵多普勒计程仪已成功应用于多种载体的导航。
相控阵多普勒计程仪使用一个换能器基阵实现四个波束形成，而基阵一般为平面阵，阵元数一般为几百个，发射信号时，几百个阵元同时工作，向外辐射声信号，同时阵元间的信号相位满足一定的条件，从而在空间形成四个波束，接收回波信号时，所有阵元都参与声信号的接收，将接收的声信号进行移相相加，形成四个波束方向的回波接收。
国内外测试相控阵多普勒计程仪的通用方法是进行实航试验或水池试验，实航试验就是将相控阵多普勒计程仪固定在船上，并与船一起航行，将相控阵多普勒计程仪测量的速度数据与用差分GPS得到的数据比较，从而判断相控阵多普勒计程仪的功能以及测量精度，但是这种方法的代价高，时间长，同时还受到海深、航速和海况的限制。水池试验则一般只能进行功能测试，很难进行精度测试。
由于相控阵多普勒计程仪阵元数量多，结构复杂，一般实验室里的测试方法采用电对接的方式，即将模拟回波电信号直接与相控阵多普勒计程仪的波束形成之后的电子组件连接，跳过了换能器和接收通道的波束形成电路。采用电对接的方法进行测试存在如下不足，一是采用电对接，跳过了多普勒计程仪换能器基阵和接收通道的波束形成电路，测试结果不能完整说明相控阵多普勒计程仪的技术状态。二是采用电对接，回波电信号直接加到声纳电子组件上，改变了相控阵多普勒计程仪的实际工作状态，破坏了电磁兼容性。三是无法准确测量相控阵多普勒计程仪的精度指标。
发明内容
本发明的目的是针对上述采用相控阵多普勒计程仪陆上测试存在的问题，提出一种安装和拆卸简单、方便的相控阵多普勒计程仪测试的声对接装置，使其能在陆上声环境条件下方便测试相控阵多普勒计程仪的精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种相控阵多普勒计程仪测试的声对接装置，包括用于固定相控阵多普勒计程仪6的固定基座、发射换能器5和接收换能器4，其特征在于，在固定基座上与相控阵多普勒计程仪的每组并联换能器中至少一个换能器对应位置处安装有发射换能器5，在固定基座上与相控阵多普勒计程仪的任一换能器阵元对应位置处安装有一个接收换能器4，上述发射换能器和接收换能器分别与对应的相控阵多普勒计程仪换能器工作面对接，对接处夹有匹配材料，所述发射换能器5和接收换能器4与相控阵多普勒计程仪换能器之间通过相控阵多普勒计程仪的自重实现可靠的声耦合。
上述匹配材料为透声材料，其声阻抗率ρc与海水的声阻抗率一致，并且厚度保证声信号透过该材料后的远场条件的实现。
所述匹配材料优选为橡胶。
在上述方案中，发射换能器和接收换能器可以为压电陶瓷换能器，其中心频率和带宽与多普勒声纳换能器一致。
在上述方案中，所述固定基座包括安装盘1、盖板2，盖板位于安装盘上面，盖板表面的形状与相控阵多普勒计程仪工作面形状一致，在盖板表面设有穿过发射换能器5和接收换能器4的通孔，在安装盘内与盖板表面孔对应位置处设有用于固定发射换能器5和接收换能器4的定位孔，在安装盘1上设有能将相控阵多普勒计程仪在固定基座的水平和圆周方向定位的定位装置。
在上述方案中，所述定位装置可以由在安装盘1的边缘设置的至少两个定位销3构成，该定位销与盖板2垂直，并与相控阵多普勒计程仪侧面的定位槽相对应。
工作原理：
(1)将本发明所述的声对接装置安装好后，将相控阵多普勒计程仪平放在匹配材料上并利用对接装置上的定位销和相控阵多普勒计程仪上的定位槽定位。
(2)相控阵多普勒计程仪发射的信号通过匹配材料传递给接收换能器，接收换能器将接收到的声信号转换成电信号并送入处理电路。
(3)处理电路将处理后具有设定速度和深度信息的对应的4个波束的电信号传递给发射换能器，发射换能器将电信号转换成声信号并通过匹配材料耦合到相控阵多普勒计程仪的换能器上。
(4)相控阵多普勒计程仪接收声信号并处理，得到速度和深度的测量值。
(5)将相控阵多普勒计程仪的速度和深度的测量值与上述设定值比较，判断相控阵多普勒计程仪的性能状态，从而实现了相控阵多普勒计程仪的陆上精度测试。
本发明具有如下优点：(1)实现了相控阵多普勒计程仪陆上条件下的海洋声环境的仿真。(2)基于本装置实现了对相控阵多普勒计程仪精度的测试。(3)与相控阵多普勒计程仪没有任何电连接，不会影响相控阵多普勒计程仪的工作状态和性能。(4)安装和拆卸简单、方便。
本装置适用于相控阵多普勒计程仪的陆上精度测试，它简化了相控阵多普勒计程仪精度测试的过程，降低了测试成本，缩短了测试时间。
附图说明
图1为本发明实施例的俯视图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为声对接装置工作原理示意图
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施例，但它们并不构成对本发明的限制，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
实施例：
相控阵多普勒计程仪根据其内部设计，其换能器可分为8组并联的换能器，对应每组换能器采用两个发射换能器与其对接，对应某一换能器阵元采用一个接收换能器与其对接，位置如图1所示，其中发射换能器5-1、5-2对应相控阵多普勒计程仪第1组换能器，发射换能器5-3、5-4对应相控阵多普勒计程仪第2组换能器，发射换能器5-5、5-6对应相控阵多普勒计程仪第3组换能器，发射换能器5-7、5-8对应相控阵多普勒计程仪第4组换能器，发射换能器5-9、5-10对应相控阵多普勒计程仪第5组换能器，发射换能器5-11、5-12对应相控阵多普勒计程仪第6组换能器，发射换能器5-13、5-14对应相控阵多普勒计程仪第7组换能器，发射换能器5-15、5-16对应相控阵多普勒计程仪第8组换能器。发射换能器和接收换能器为压电陶瓷换能器，其中心频率和带宽与相控阵多普勒计程仪换能器一致。
上述发射换能器5-1至5-16和接收换能器4安装在固定基座上。所述固定基座包括安装盘1、盖板2，盖板位于安装盘上面，盖板表面的形状与相控阵多普勒计程仪工作面形状一致，在盖板表面设有穿过发射换能器5和接收换能器4的通孔，在安装盘内与盖板表面孔对应位置处设有用于固定发射换能器5和接收换能器4的定位孔，在安装盘1的边缘设置有两个定位销3，该定位销与盖板2垂直，并与相控阵多普勒计程仪侧面的定位槽相对应。
本实施例使用时，将发射换能器5-1至5-16和接收换能器4插入固定基座盖板2中的通孔，并深入到安装盘1内的定位孔定位，使发射换能器5-1至5-16和接收换能器4的工作面朝上，在盖板2上表面平放一块透声橡胶，橡胶厚度为15毫米，将相控阵多普勒计程仪工作面平放在透声橡胶上，将定位销3嵌入相控阵多普勒计程仪侧面的定位槽内即可。本实施例中发射换能器5和接收换能器4与相控阵多普勒计程仪6换能器之间通过相控阵多普勒计程仪的自重实现可靠的声耦合。
利用本发明所述的声对接装置对相控阵多普勒计程仪进行精度测试，在陆上条件下模拟海底回波，实现相控阵多普勒计程仪的完全声环境仿真，参照图3：相控阵多普勒计程仪发射的信号通过匹配材料传递给接收换能器，接收换能器将接收到的声信号转换成电信号并送入处理电路。处理电路将处理后具有设定速度和深度信息的对应的4个波束的电信号传递给发射换能器，发射换能器将电信号转换成声信号并通过匹配材料最终耦合到相控阵多普勒计程仪的换能器上。相控阵多普勒计程仪接收声信号并处理，得到速度和深度的测量值。将相控阵多普勒计程仪的速度和深度的测量值与上述设定值比较，判断相控阵多普勒计程仪的性能状态，从而实现了相控阵多普勒计程仪的陆上精度测试。
Claims (6)
1.一种相控阵多普勒计程仪测试的声对接装置，包括用于固定相控阵多普勒计程仪(6)的固定基座、发射换能器(5)和接收换能器(4)，其特征在于，在固定基座上与相控阵多普勒计程仪的每组并联换能器中至少一个换能器对应位置处安装有发射换能器(5)，在固定基座上与相控阵多普勒计程仪的任一换能器阵元对应位置处安装有一个接收换能器(4)，上述发射换能器和接收换能器分别与对应的相控阵多普勒计程仪换能器工作面对接，对接处夹有匹配材料，所述发射换能器(5)和接收换能器(4)与相控阵多普勒计程仪换能器之间通过相控阵多普勒计程仪的自重实现可靠的声耦合。
2.根据权利要求1所述的一种相控阵多普勒计程仪测试的声对接装置，其特征在于，所述匹配材料为透声材料，其声阻抗率ρc与海水的声阻抗率一致，并且厚度保证声信号透过该材料后的远场条件的实现。
3.根据权利要求2所述的一种相控阵多普勒计程仪测试的声对接装置，其特征在于，所述匹配材料为橡胶。
4.根据权利要求1所述的一种相控阵多普勒计程仪测试的声对接装置，其特征在于，发射换能器和接收换能器为压电陶瓷换能器，其中心频率和带宽与多普勒声纳换能器一致。
5.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的一种相控阵多普勒计程仪测试的声对接装置，其特征在于，所述固定基座包括安装盘(1)、盖板(2)，盖板位于安装盘上面，盖板表面的形状与相控阵多普勒计程仪工作面形状一致，在盖板表面设有穿过发射换能器(5)和接收换能器(4)的通孔，在安装盘内与盖板表面孔对应位置处设有用于固定发射换能器(5)和接收换能器(4)的定位孔，在安装盘(1)上设有能将相控阵多普勒计程仪在固定基座的水平和圆周方向定位的定位装置。
6.根据权利要求5所述的一种相控阵多普勒计程仪测试的声对接装置，其特征在于，所述定位装置由在安装盘(1)的边缘设置的至少两个定位销(3)构成，该定位销与盖板(2)垂直，并与相控阵多普勒计程仪侧面的定位槽相对应。
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